PDF《基于“零排放”工艺的某火力发电厂高盐废水处理方案探究》

基于 零排放 工艺的某火力发电厂高盐废水处理方案探究 作者:包伟,黄勇,张宁博

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为了实现废水的 零排放 和回收利用,必须对火电厂产生的高含盐循环冷却废水进行处理,现提出了 预处理 +脱盐浓缩+蒸发结晶 的组合工艺. 在此工艺的基础之上,设计了4种不同的方案,分析结果显示4种方案均可以达到 零排放 的要求,并且最终的淡 水回收率达到96%以上.通过技术和经济的分析结果表明:方案三, 石灰碳酸钠软化+反渗透膜浓缩+EDR浓缩+蒸 发结晶 适用于本工程的实际情况. 随着社会经济的发展,各行各业对用水的需求在不断加大,水资源的供需矛盾成了限制火电业的最主要因素之一, 尤其像我国的西北部地区,水资源更是匮乏.据相关部门统计,我国当前的火力发电厂取水量约占总工业取水量的30 %~40%,仅次于农业用水.

3 的冷却水产生,再加上工业废水、生活污水,总 废水量可达15000m3 /d.现如今, 节约用水,高效用水 是我国对工业发展过程中水资源利用的主要方针,这不仅要求电厂优化自身技 术工艺,更要对废水处理有进一步的深化改革. 目前有许多专家学者认为,火力发电厂实现废水零排放是节约水资源防止水体污染的根本出路.现对宁夏某一火电 厂的高盐废水提出4项 零排放 方案,并且从效果和经济方面进行探究和比较,以期对未来的同类废水处理提供科 学依据和参考. 1工程概况 1.1废水特性 宁夏某一发电量为2*330MW的大型火力发电厂的废、污水主要包括:工业废水、含油污水、化学废水、输煤废水 、生活污水、渣系统溢水等,其中工业废水又包括制氢站循环冷却水、机房辅机冷却水和设备冲洗水.全厂需要进行 深度处理的主要是循环水排污水,水量按150m3 /h考虑,设计进水水质为极限循环浓缩倍率5倍时的监测数据,见表1. 页面

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6 1.2废水处理要求 废水浓缩5倍后,产生了极高含盐量的废水, 零排放 是指将全部的废水(99%以上)回收再利用,无任何废液 排出电厂.水中的盐类和污染物经过浓缩结晶以固体形式排出电厂送垃圾处理厂填埋或将其回收作为有用的化工原料 . 废水处理设计过程中参照DL/T606.5火力发电厂水平衡导则、DL/T783火力发电厂节水导则、DL/T5068火力发电厂化 学设计技术规程、GB/T50102工业循环水冷却设计规范等规范标准进行,最终回收再利用水要达到表2的要求. 2废水处理方法与讨论 2.1 零排放 废水处理方案 目前国内真正实现零排放的电厂很少,技术、投资、运行成本均是制约零排放实施的重要因素.若直接采用蒸发的 方法处理,势必会消耗大量蒸汽和电力,通常的处理方法是先脱盐浓缩再蒸发.所以废水必须经过适当的预处理才可 以送入蒸发结晶处理系统,从而实现 零排放 这一目标. 页面

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6 2.1.1方案一 系统组成:石灰碳酸钠软化+反渗透膜浓缩+TMF处理+高压反渗透+蒸发结晶.工艺流程见图1. 含盐量在2500mg/L左右的电厂废水,通过石灰-碳酸钠软化系统使其中的硬度和碱度均降低到0.5mmol/L以下,同时 澄清作用也使得废水中硅含量大幅降低,再通过双介质过滤器和超滤装置进一步降低废水杂质颗粒含量,使污染指数 SDI降低到3以下. 这 样的水质 可以直接进入普通 反渗透装置,该装置为一级三段排列 ,其所产淡水含盐量60mg/L,水量约108m3 /h,满足回收水要求.为提高第三段的产水率,需要在第二段后设置增压泵使段压有所提高.经验算,第一段进口压 力为1.1MPa,第三段增压后压力为1.1MPa. 一级三段反渗透的浓水剩余42m

3 /h,水中含盐量比原水浓缩了约4倍,达到约1%的含量.软件预测此时的水体具有轻微结垢倾向(LSI约0.51>

0). 利用管式微滤膜TMF,结合加入石灰、碳酸钠和絮凝剂,对此水进一步脱除硬度和碱度,TMF产水可以直接送入 反渗透装置,该反渗透系统设计为一级三段,选用海水脱盐膜,第三段前设中间增压泵将进水压力提升到5MPa左右 ,浓缩后的含盐量达到4%以上,浓水流量约9m3 /h. TMF的含固浓缩废水则送去预处理工段的污泥浓缩脱水装置处理.经海水反渗透膜再次浓缩的高浓度含盐废水送到 蒸发浓缩单元,利用多效蒸发器进行蒸发浓缩,这里选用蒸发量达10m3 /h的三效强制循环式蒸发器. 料液经预热后转入三效蒸发器,同时启动真空系统,二效蒸发器产生的二次蒸汽供给三效加热器壳体,料液温度50 ~55℃,分离室压力-0.085~-0.09MPa;

经三效蒸发后的溶液转入二效蒸发器,一效蒸发器产生的二次蒸汽供给二效 加热器壳体,料液温度100~105℃,分离室压力0.09~0.1MPa,物料达到控制浓度后转至三效蒸发器;

将二效料液经 二级预热器预热后送到一效蒸发器内,同时打开加热器生蒸汽阀门,运行后一效蒸发器内温度会提高至140℃,分离 室压力持续在0.15MPa左右. 蒸发产生的二次蒸汽最终冷凝下来送去淡水产水箱,三效蒸发器的母液(约2m3/h)则去真空结晶和干燥单元.过 饱和的含盐母液在真空结晶器内快速闪蒸,料液进一步浓缩,而后进入冷却结晶器使母液中结晶颗粒不断长大. 离心分离机用于使结晶与母液分离,分离后的结晶如需进一步干燥可送入蒸汽干燥机,进一步脱去水分得到含水率 极低的结晶盐;

母液则返回蒸发装置继续处理. 2.1.2方案二 系统组成:石灰碳酸钠软化+反渗透膜浓缩+高压平板膜浓缩+蒸发结晶.工艺流程见图2. 页面

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6 通过石灰-碳酸钠软化系统降低硬度和碱度后,再经过双介质过滤器和超滤进一步降低污染指数,然后进入一级三 段排列的反渗透浓缩单元,其所产浓水约42m3 /h,含盐量比原水提高了4倍,约为1%,这样的浓水直接进入下一段反渗透会有轻微结垢倾向(LSI约为0.51>

0). 如果选用新型的高压平板反渗透膜组件,由于其特殊的流道设计可以阻止结垢物在膜表面的沉积,方案二即以高压 平板反渗透膜取代海水膜,同时取消TMF处理单元.高压平板膜的抗污染性和耐高压能力,使其能在非常高的压力下 获得满意的回收率. 压力由

5、9MPa升高到140MPa的三级升压平板膜单元,使废水的含盐量由1%提升到4.5%.废水得到极大的浓缩, 剩余废水量约7m3 /h.减轻蒸发结晶单元负荷. 2.1.3方案三 系统组成:石灰碳酸钠软化+反渗透膜浓缩+EDR浓缩+蒸发结晶.工艺流程见图3. 通过石灰- 碳 酸钠 软化系统 使其中的硬度和碱 度均降低到0.5mmol/L以下,再通过一 级三段反渗透浓缩,使得浓水至剩余42m3 /h左右,水中含盐量比原水浓缩了四倍,达到近1%的含量.此时直接选用RO继续浓缩,计算预测水体具有轻微结垢 倾向(LSI约为0.51>

0). 选用EDR的抗污染和对进水水质要求宽泛的特点,进行再脱盐和浓缩,电渗析器设计规格为400mm*1600mm,每 台电渗析器安装250对电渗析 膜,系统共配42台电渗析装置.回收率可达85%,最后剩6 m3 /h浓水去蒸发结晶,大大减轻蒸发结晶单 元的负荷.蒸发单元浓缩配置10m3 /h三效蒸发系统,结晶单元的配置与前面的方案相同. 2.1.4方案四 系统组成:TMF软化预处理+反渗透膜浓缩+EDR浓缩+蒸发结晶.工艺流程见图4. 页面

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6 在反应箱1和反应箱2中分别加入石灰和碳酸钠以及适量絮凝剂,送入浓缩箱中,浓缩箱的废水通过大流量循环泵送 入TMF管式微滤膜装置.浓缩箱中废水的含固量在管式微滤膜的作用下不断提高,到达一定浓度后排........